JPH07104085B2 - 氷蓄熱用製氷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイナミック形氷蓄熱用
製氷装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】シェルア
ンドチューブ形の製氷クーラ内のチューブに蓄熱材を封
入し（製氷サイクル）、さらにこの氷を製氷クーラんら
搬出する（脱氷サイクル）という２つのサイクルを持
ち、さらに製氷クーラが数ブロックに分割されていて製
氷サイクルと脱氷サイクルを同時に行う製氷方法を採用
する場合は、各サイクルの切替において、高価な切替弁
を多数必要とし、切替のための制御も複雑となる。

【０００３】また、切替弁が多くなればなるほど気密不
良の危険性が増大する。気密不良は特に低圧冷媒を使用
する場合には性能低下の原因となるため極力避ける必要
がある。

【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、安価で安定した性能を満足するダイナミック形氷蓄
熱用製氷装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、製氷用熱交換器、凝縮器及び圧縮機を具備
し、これらの機器を冷媒を通す冷媒配管で連結し、製氷
用熱交換器の製氷部は複数本のチューブを水平に配列し
たシェルアンドチューブ形で該チューブ内に製氷させる
と共に、該製氷用熱交換器の製氷部は数ブロックに分割
され、その内の少なくとも一つを脱氷サイクルとすると
きは他方を製氷サイクルとし、製氷サイクルと脱氷サイ
クルを同時に行なうことができるようにし、更に製氷部
のチューブ内に蓄熱液を凍結、脱氷する際、該蓄熱液を
停止させ、チューブ内に該蓄熱液を封入するように構成
された氷蓄熱用製氷装置において、脱氷サイクル時にお
ける脱氷用の熱源として凝縮冷媒液と圧縮冷媒ガスを用
い、脱氷サイクルと製氷サイクルの切替時における該凝
縮冷媒液の切替を１つの多方向弁を用いて行ない、製氷
サイクル時の冷媒ガスと脱氷サイクル時の脱氷用の圧縮
冷媒ガスの切替を共通の冷媒切替弁で行なうことを特徴
とする。

【０００６】また、共通の冷媒切替弁による製氷用の冷
媒液と脱氷用の冷媒液の切替を製氷サイクル時の冷媒ガ
スと脱氷サイクル時の脱氷用の圧縮冷媒ガスの切替１つ
の２方向電磁弁で行なうことを特徴とする。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【作用】上記のように、脱氷用の凝縮冷媒液及び圧縮冷
媒ガスの切替えを１つの多方向弁を用いて行うので、多
くの切替弁を用いることがない。従って、弁を作動させ
るための手段が極めて簡単になる。

【００１０】上記のように、脱氷用の熱源として、冷媒
吐出ガスと凝縮冷媒液を併用することにより、短時間の
加熱が可能になる。また、凝縮冷媒液は脱氷用の熱源と
して使用される際、冷媒液自身は過冷却されることにな
り、製氷サイクルの製氷効率の向上になる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例である氷蓄熱用製氷装置
のシステム構成を示す図である。

【００１２】図示するように、本氷蓄熱用製氷装置は、
製氷クーラ（製氷用熱交換器）１、圧縮機２及び凝縮器
３を具備し、これらの機器を冷媒配管４，５，６で連結
した構成である。製氷クーラ１は、４ブロックの製氷ク
ーラ７−１，７−２，７−３，７−４に分割されてい
る。各製氷クーラ７−１，７−２，７−３，７−４に
は、複数本のチューブを水平に配列したシェルアンドチ
ューブ形の製氷部８−１，８−２，８−３，８−４が設
けられている。そして各製氷部８−１，８−２，８−
３，８−４の上には冷媒を霧状に散布するスプレー管９
−１，９−２，９−３，９−４が配置されており、該各
スプレー管９−１，９−２，９−３，９−４には冷媒ス
プレーポンプ１０−１，１０−２，１０−３，１０−４
が接続されている。

【００１３】また、各製氷クーラ７−１，７−２，７−
３，７−４には、冷媒液のレベルが所定を越えたら閉
じ、冷媒レベルがこの所定のレベル以上にならないよう
にするフロートバルブ１１−１，１１−２，１１−３，
１１−４が設けられている。

【００１４】また、各製氷クーラ７−１，７−２，７−
３，７−４は冷媒配管１２−１，１２−２，１２−３，
１２−４及び冷媒切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４、ヘッ
ダー１８を通して冷媒配管４に接続されている。

【００１５】また、冷媒切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４
にはそれぞれ二方電磁弁１３−１，１３−２，１３−
３，１３−４が設けられており、該二方電磁弁１３−
１，１３−２，１３−３，１３−４の一方の開口は冷媒
配管１４を介して冷媒配管５に連通している。また、二
方電磁弁１３−１，１３−２，１３−３，１３−４の他
の開口は冷媒切替弁に接続される共に一方弁Ｖ５，Ｖ
６，Ｖ７，Ｖ８を通して多方弁Ｖ９に接続されている。

【００１６】冷媒切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、二
方電磁弁１３−１，１３−２，１３−３，１３−４の切
替えにより冷媒配管５内の冷媒圧力を導き該冷媒圧力と
製氷クーラ７−１，７−２，７−３，７−４の冷媒圧力
差により、閉じられるようになっている。即ち、冷媒切
替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は装置内に発生する冷媒圧
力差を駆動源とする切替弁である。

【００１７】図１においては、製氷クーラ７−１は脱氷
サイクルにあり、製氷クーラ７−２，７−３，７−４は
製氷サイクルにあり、常時３ブロック以上で製氷が行わ
れている。図１においては、二方向電磁弁１３−１を通
して、冷媒配管５内の冷媒が冷媒切替弁Ｖ１に供給され
ている。これにより、冷媒切替弁Ｖ１は製氷クーラ７−
１から排出される低圧の冷媒ガス媒を閉止し、冷媒配管
５の高温圧縮冷媒ガスを製氷クーラ７−１内に供給す
る。

【００１８】また、二方向電磁弁１３−２，１３−３，
１３−４は閉じており、冷媒配管５の高温圧縮冷媒ガス
は、製氷サイクル中の製氷クーラ７−２，７−３，７−
４に供給されない。製氷クーラ７−２，７−３，７−４
の製氷部８−２，８−３，８−４のチューブ内には凍結
させるため蓄熱液が封入されている。冷媒液は冷媒スプ
レーポンプ１０−２，１０−３，１０−４により、製氷
クーラ７−２，７−３，７−４内のスプレー管９−２，
９−３，９−４に送られ、該スプレー管９−２，９−
３，９−４のノズルから霧状になって、製氷部８−２，
８−３，８−４のチューブ上に散布され、蒸発する。

【００１９】蒸発した冷媒ガスは冷媒配管１２−２，１
２−３，１２−４及び冷媒切替弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４、ヘ
ッダー１８及び冷媒配管４を通って圧縮機２に吸い込ま
れる。圧縮機２により昇圧された冷媒は凝縮器３におい
て冷却水で冷却され、液化された冷媒液となって冷媒配
管６を通ってヘッダー１６に送られる。ヘッダー１６に
送られた冷媒液は、二方弁Ｖ１０、多方弁Ｖ９の開口Ｖ
９−５及びＶ９−１、製氷クーラ７−１を通ってヘッダ
ー１７で製氷クーラ７−２，７−３，７−４に分配され
る。

【００２０】製氷クーラ７−１を通る高温の冷媒液は、
製氷クーラ７−１において二方電磁弁１３−１と冷媒切
替弁Ｖ１を通って流入する高温の冷媒ガスと共に脱氷用
熱源として利用される。即ち製氷部８−１のチューブ内
で凍結した蓄熱液の壁面に接する部分の氷の若干量を解
氷する熱量として利用される。同時に冷媒液は過冷却さ
れて、製氷クーラ７−２，７−３，７−４に流入するか
らめ冷却効果が大きくなり、システム全体の効率が向上
する。

【００２１】一方、製氷クーラ７−２，７−３，７−４
においては冷媒が蒸発し、この蒸発潜熱により、製氷部
８−２，８−３，８−４のチューブ内の蓄熱液の温度は
降下し、凍結点以下になると凍結する。

【００２２】図２は冷媒切替弁Ｖ１〜Ｖ４の構造を示す
断面図である。該冷媒切替弁は冷凍装置の冷媒配管１２
−１〜１２−４に連結される弁筐体１０１と、該弁筐体
１０１に連結部材１０３を通じて接続されたシリンダ部
１０４とからなる。該シリンダ部１０４は上蓋１０５と
下蓋１０６を備え、その中にピストン部材１０７が滑動
自在に挿入され、該ピストン部材１０７によりシリンダ
部を高圧室１０８と低圧室１０９の二つの密閉室に仕切
られている。

【００２３】該ピストン部材１０７の片側面（図２にお
いては下面）と前記下蓋１０６の間に圧縮スプリング１
１４が配設され、ピストン部材１０７を高圧室１０８側
に弾発している。前記ピストン部材１０７に一端が固定
された軸１１０は低圧室１０９の中と下蓋１０６を通
り、更に連結部材１０３の中を滑動自在に伸び、その他
端が弁筐体１０１の中の回転式の弁部材１１１に枢着さ
れている。また、軸１１０の連結部１０３の内面に接触
する部分には弁筐体１０１と低圧室１０９を結ぶみぞ状
又は孔状の貫通孔１１２が設けられている。また、ピス
トン部材１０７に貫通孔１１３が設けられている。

【００２４】上記構造の冷媒切替弁において、通常前記
二方電磁弁１３（図１においては二方電磁弁１３−１〜
１３−４）が閉じている場合、弁筐体１０１内の冷媒圧
は軸１１０の貫通孔１１２及びピストン部材１０７の貫
通孔１１３を通して低圧室１０９及び高圧室１０８に導
かれ、低圧室１０９の圧力Ｐ１、高圧室１０８の圧力Ｐ
ｈ及び弁筐体１０１内の圧力Ｐｃは等しくなり（Ｐ１＝
Ｐｈ＝Ｐｃ）、ピストン部材１０７は圧縮スプリング１
１４の弾発力により上昇し、弁部材１１１が反時計方向
に回動し、弁筐体１０１を開く。

【００２５】二方電磁弁１３を開くと、圧縮機２から吐
出する高温圧縮冷媒ガスは、該二方電磁弁１３を介して
高圧室１０８に導かれた場合、この高圧冷媒ガスがピス
トン部材１０７の貫通孔１１３を通ることにより減圧さ
れ、ピストン部材１０７の上下に圧力差を生じ、ピスト
ン部材１０７は圧縮スプリング１１４の弾発力に抗して
下降し、弁部材１１１が時計方向回動し、弁筐体１０１
を閉じる。そしてこの高温圧縮冷媒ガスが製氷クーラ
（図１では製氷クーラ７−１）に供給される。

【００２６】図３は多方弁Ｖ９の構造例を示す図で、図
３（ａ）は平断面図（Ａ−Ａ断面）、図３（ｂ）は正断
面図である。多方弁Ｖ９は図示するようにケーシング２
００周囲に開口Ｖ９−１，Ｖ９−２，Ｖ９−３，Ｖ９−
４が設けられ、下方に開口Ｖ９−５が設けられ、更にケ
ーシング２００内にはボール弁２０１が配置されてい
る。該ボール弁には貫通孔２０２が設けられている。該
ボール弁２０１が９０°づつ回転することにより、貫通
孔２０２は開口Ｖ９−５と開口Ｖ９−１，Ｖ９−２，Ｖ
９−３，Ｖ９−４とのいずれか一つと連通される。開口
Ｖ９−１，Ｖ９−２，Ｖ９−３，Ｖ９−４のそれぞれに
は図１に示すように、製氷クーラ７−１，７−２，７−
３，７−４を通る冷媒配管に接続されており、開口Ｖ９
−５は冷媒配管６に接続されている。

【００２７】また、図１に示すように、多方弁Ｖ９のシ
リンダーの一方の室には冷媒配管５からの高圧の冷媒ガ
スが二方弁１３−１，１３−２，１３−３，１３−４の
作動により導かれ、他方の室にはヘッダー１８の低圧の
冷媒ガスが導かれる。この冷媒圧力差により多方弁Ｖ９
は作動するようになっている。

【００２８】今製氷クーラの全ブロックが製氷サイクル
を行っているとすると、冷媒切替弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，
Ｖ４は閉となり二方電磁弁１３−１，１３−２，１３−
３，１３−４は閉となる。また、二方弁Ｖ１０が閉じ、
二方弁Ｖ１１が開となり凝縮器３で凝縮した冷媒液はＶ
１１、ヘッダー１７を通り、各製氷クーラへ分配され
る。ここで、この後製氷クーラ７−１が脱氷サイクルに
入ると、全製氷クーラが製氷を製氷を行っている時点か
ら多方弁Ｖ９の開口Ｖ９−５とＶ９−１を開としてお
き、該冷媒液を開口Ｖ９−５，Ｖ９−１ 、製氷クーラ
７−１、ヘッダー１７に流し、製氷クーラ７−１，７−
２，７−３，７−４に分配するとすると、二方弁Ｖ１
０，Ｖ１１は不要となる。

【００２９】図４は本発明の氷蓄熱用製氷装置の他のシ
ステム構成を示す図である。図４の氷蓄熱用製氷装置が
図１の氷蓄熱用製氷装置と異なる点は、冷媒配管５から
の高温圧縮冷媒ガスは二方弁Ｖ１３及び多方弁Ｖ１２を
通してき各製氷クーラ７−１，７−２，７−３，７−４
に供給されるようになっている点、冷媒切替弁Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ９，Ｖ１２の駆動用弁として三方電
磁弁が接続されている点で、他は図１のものと略同様で
ある。また、その動作も図１のものと略同様であるので
説明は省力する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記のような優れた効果が得られる。

【００３１】（１）脱氷用の凝縮冷媒液及び圧縮冷媒ガ
スの切替えを１つの多方向弁を用いて行うので、多くの
切替弁を用いることがく、弁を作動させるための手段も
極めて簡単なものとなり、気密に対する装置全体の信頼
性が増す。

【００３２】

【００３３】（２）脱氷サイクル時における脱氷用の熱
源として凝縮冷媒液と圧縮冷媒ガスを用いることによ
り、短時間で効率のよい脱氷を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である製氷装置のシステム構
成を示す図である。

【図２】本発明の製氷装置に用いる冷媒切替弁の構造例
を示す図である。

【図３】本発明の製氷装置に用いる多方弁の構造例を示
す図である。

【図４】本発明の一実施例である製氷装置のシステム構
成を示す図である。

【符号の説明】

１ 製氷クーラ ２ 圧縮機 ３ 凝縮器 ４〜６ 冷媒配管 ７−１〜７−４ 製氷クーラ ８−１〜８−４ 製氷部 ９−１〜９−４ スプレー管 １０−１〜１０−４ 冷媒スプレーポンプ １１−１〜１１−４ フロートバルブ １２−１〜１２−４ 冷媒配管 １３−１〜１３−４ 二方電磁弁 １４ 冷媒配管 １７−１〜１７−４ 三方電磁弁 Ｖ１〜Ｖ４ 冷媒切替弁 Ｖ５〜Ｖ８ 一方弁 Ｖ９，Ｖ１２ 多方弁

フロントページの続き (72)発明者 田村 陸男 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 増本 幹夫 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 藤本 正和 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (56)参考文献 特開 平２−187581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−99776（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−48767（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製氷用熱交換器、凝縮器及び圧縮機を具
   備し、これらの機器を冷媒を通す冷媒配管で連結し、前
   記製氷用熱交換器の製氷部は複数本のチューブを水平に
   配列したシェルアンドチューブ形で該チューブ内に製氷
   させると共に、該製氷用熱交換器の製氷部は数ブロック
   に分割され、その内の少なくとも一つを脱氷サイクルと
   するときは他方を製氷サイクルとし、製氷サイクルと脱
   氷サイクルを同時に行なうことができるようにし、更に
   前記製氷部のチューブ内に蓄熱液を凍結、脱氷する際、
   該蓄熱液を停止させ、チューブ内に該蓄熱液を封入する
   ように構成された氷蓄熱用製氷装置において、 前記脱氷サイクル時における脱氷用の熱源として凝縮冷
   媒液と圧縮冷媒ガスを用い、脱氷サイクルと製氷サイク
   ルの切替時における該凝縮冷媒液の切替を１つの多方向
   弁を用いて行ない、 製氷サイクル時の冷媒ガスと脱氷サイクル時の脱氷用の
   圧縮冷媒ガスの切替を共通の冷媒切替弁で行なう ことを
   特徴とする氷蓄熱用製氷装置。
2. 【請求項２】 前記共通の冷媒切替弁による製氷用の冷
   媒液と脱氷用の冷媒液の切替と製氷サイクル時の冷媒ガ
   スと脱氷サイクル時の脱氷用の圧縮冷媒ガスの切替１つ
   の２方向電磁弁で行なうことを特徴とする請求項１記載
   の氷蓄熱用製氷装置。